ABB智能照明模塊AE/A2.1模擬量輸入模塊→我公司現(xiàn)貨供應(yīng)原裝ABB低壓配電產(chǎn)品:塑殼斷路器、框架斷路器、真空斷路器、交流接觸器、直流接觸器、變頻器、軟啟動(dòng)、可控硅、照明控制智能模塊、繼電器.......。
《你所不知道的電氣知識(shí)——電氣世界漫游》
斷路器的基本原理之1
當(dāng)插線板發(fā)生短路,短路電流流過(guò)故障插線板,流過(guò)電纜導(dǎo)線,當(dāng)然也流過(guò)開(kāi)關(guān)電器,并引起電氣火災(zāi)。緊急時(shí)刻,我們當(dāng)然期望某路開(kāi)關(guān)電器(斷路器)執(zhí)行保護(hù)跳閘。經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間后,某路開(kāi)關(guān)斷路器執(zhí)行跳閘保護(hù)。
但斷路器執(zhí)行完保護(hù)后,我們能把它合上繼續(xù)為我們供電嗎?這里面有什么學(xué)問(wèn)?
斷路器中流過(guò)正常的運(yùn)行電流時(shí),隨著時(shí)間的推移,斷路器中的保護(hù)測(cè)控裝置探測(cè)到的發(fā)熱量不大,未越過(guò)發(fā)熱量門(mén)限限制值,斷路器當(dāng)然不會(huì)執(zhí)行跳閘操作;當(dāng)斷路器中流過(guò)非正常的較大電流時(shí),斷路器中的保護(hù)測(cè)控裝置探測(cè)到的發(fā)熱量較大,越過(guò)了發(fā)熱量門(mén)限值,斷路器執(zhí)行跳閘操作。
這里的門(mén)限,指的是斷路器的保護(hù)整定值。
我們把斷路器中流過(guò)的非正常大電流叫做過(guò)電流。過(guò)電流包括過(guò)載電流和短路電流。
也就是說(shuō),過(guò)電流越大,斷路器動(dòng)作的時(shí)間就越短,它執(zhí)行線路保護(hù)就越快。這種特性有一個(gè)專有名詞,叫做斷路器的反時(shí)限保護(hù)特性。
現(xiàn)在,我們來(lái)一點(diǎn)數(shù)學(xué)知識(shí),看看什么叫做反時(shí)限特性。
我們來(lái)看Y=K/X和Y=K/X2這兩個(gè)冪函數(shù),這里令K=1,得到如下圖像:
我們馬上就能想到:如果讓縱坐標(biāo)Y為斷路器的動(dòng)作時(shí)間t,而橫坐標(biāo)X為斷路器額定電流的倍率nIe(n是倍率,Ie是斷路器的額定電流),我們就能夠讓斷路器按電流越大動(dòng)作時(shí)間越快的保護(hù)方式來(lái)執(zhí)行線路保護(hù)操作。
事實(shí)上,斷路器的保護(hù)操作就是按這個(gè)原則來(lái)進(jìn)行的。對(duì)應(yīng)的曲線叫做斷路器的反時(shí)限保護(hù)特性曲線。
這就是斷路器的線路保護(hù)特性曲線。我們看到過(guò)載保護(hù)特性t=f(I)與Y=f(1/X) 如此類似,其實(shí)它們就是同一類函數(shù)關(guān)系。
下圖是ABB的某型斷路器的熱磁式脫扣曲線:
圖中紅色的是熱態(tài)曲線,藍(lán)色的是冷態(tài)曲線。
有幾個(gè)地方需要解釋:
:關(guān)于斷路器特性曲線的冷態(tài)曲線和熱態(tài)曲線
冷態(tài)曲線指的是斷路器剛剛送電,斷路器內(nèi)部的溫度與環(huán)境溫度是一致的,此時(shí)的曲線在曲線簇的右側(cè);熱態(tài)曲線指的是斷路器送電后已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)的曲線在曲線簇的中間或者左側(cè)。
熱態(tài)曲線和冷態(tài)曲線在橫坐標(biāo)中的范圍,其實(shí)就是斷路器短路保護(hù)的范圍。例如B特性是4到7倍額定電流,C特性是7到15倍額定電流。
為何如此?我將在后面結(jié)合斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)解釋。
第二:關(guān)于斷路器特性曲線的B特性與C特性
B特性用于照明配電控制,C特性則用于普通配電的配電控制。
第三:關(guān)于斷路器的過(guò)載保護(hù)曲線和短路保護(hù)曲線
當(dāng)線路發(fā)生過(guò)載時(shí),也許是因?yàn)殡妷豪擞渴沟秒娏鲿簳r(shí)性變大,等電壓浪涌過(guò)去,電流就會(huì)恢復(fù)正常;也許是因?yàn)樨?fù)載瞬時(shí)變重,使得電流加大,但負(fù)載恢復(fù)后,電流也會(huì)恢復(fù)。如此一來(lái),斷路器的保護(hù)就需要有一定時(shí)間的延遲。
我們看過(guò)載保護(hù)曲線。例如B特性冷態(tài)曲線的橫坐標(biāo)為2倍額定電流即2Ie位置,此時(shí)的縱坐標(biāo)值為6秒,表示斷路器將在5秒后執(zhí)行過(guò)載保護(hù)跳閘。這里的6秒就是保護(hù)時(shí)延(注意:時(shí)延指的是保護(hù)操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間延遲)特性。
當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí),這屬于緊急狀態(tài),斷路器必須馬上跳閘。
我們看B特性冷態(tài)曲線橫坐標(biāo)為4Ie的位置,它的動(dòng)作時(shí)間為0.02s,而5Ie的位置動(dòng)作時(shí)間是0.01s。
我們看到,在4Ie和5Ie之間曲線還有一點(diǎn)反時(shí)限特性,但在5Ie之后就完全沒(méi)有反時(shí)限特性了。
我們把5Ie之后的特性曲線叫做定時(shí)限保護(hù)特性曲線,所有短路保護(hù)的時(shí)間都是0.01s;把4Ie到5Ie的這一段叫做短路短延時(shí)保護(hù)特性曲線。
短路短延時(shí)保護(hù)特性的目的與過(guò)載保護(hù)特性類似,期望短路是一個(gè)短暫的臨時(shí)現(xiàn)象,如果短路在0.01秒時(shí)間內(nèi)消失,則斷路器就不做開(kāi)斷操作。
結(jié)一下我們學(xué)到的知識(shí):
1.斷路器內(nèi)部的保護(hù)測(cè)控裝置能實(shí)現(xiàn)過(guò)電流的線路保護(hù);
2.斷路器的過(guò)載保護(hù)具有反時(shí)限保護(hù)特性;
3.斷路器的短路保護(hù)分為兩段,其一具有反時(shí)限的短路短延時(shí)保護(hù)特性,其二具有定時(shí)限保護(hù)特性。
斷路器的基本原理之2
接下來(lái)我們講講斷路器的結(jié)構(gòu)。看圖1:
圖1就是熱磁式斷路器的結(jié)構(gòu)圖。圖中右側(cè)的文字說(shuō)明告訴我們,斷路器有三大部件,分別是觸頭及滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和脫扣器及控制單元。
現(xiàn)在,我來(lái)給大家解析圖1的要點(diǎn)部分:
個(gè)概念:觸頭系統(tǒng)
我們看圖2:
看得出來(lái),圖2就是圖1的觸頭系統(tǒng)。
從圖2中,我們看到了A相、B相和C相主觸頭,并且已經(jīng)閉合了。注意到三組觸頭都是單觸頭系統(tǒng)。
要說(shuō)明一下:斷路器的觸頭分為主回路系統(tǒng)和輔助回路系統(tǒng)兩組。
所謂主回路,指的是控制電能傳遞的回路,它的特點(diǎn)是電流很大,按斷路器的規(guī)格和型號(hào)不同,主回路的電流在10A到6300A之間。見(jiàn)圖中黃色的部分;
所謂輔助回路,指的是執(zhí)行控制和信號(hào)傳遞的回路,它的特點(diǎn)是電流較小,一般在5A以下。見(jiàn)圖2的左側(cè)。因此,輔助回路不配滅弧裝置,而主回路必須配滅弧裝置。輔助回路接觸點(diǎn)的一般叫做觸點(diǎn),與普通繼電器相同。
第二個(gè)概念:觸頭的霍姆斥力和觸頭壓力
我們看圖3:
圖3的左側(cè)是動(dòng)靜觸頭系統(tǒng),我們能看到其中的電流線。注意由于觸頭的結(jié)構(gòu)所致,觸頭接觸處其實(shí)是一個(gè)點(diǎn),因此電流線會(huì)向中間傾斜。
圖3的中間是靜觸頭右側(cè)電流線I1X產(chǎn)生的磁力線分布。我們用右手螺旋定則,很容易判斷出它的左側(cè)磁力線是離開(kāi)紙面出來(lái),右側(cè)是進(jìn)入紙面。于是動(dòng)觸頭電流線I1s整個(gè)處于進(jìn)入紙面的磁力線范圍之內(nèi)。
圖3的右圖是動(dòng)觸頭電流線I1s的電動(dòng)力分析圖。我們由左手定則判斷出它受到的電動(dòng)力是F,并且F的方向與電流線I1s垂直指向左上角。我們把F分解為水平分力Fx和向上的分力Fy。由于水平分力受到觸頭左側(cè)的對(duì)稱分布電流線產(chǎn)生的右向水平分力抵消,所以觸頭不存在誰(shuí)方向的作用力。然而,向上的諸電動(dòng)力卻被疊加,對(duì)動(dòng)觸頭形成向上的斥力Fh。Fh斥力又叫做霍姆斥力。同理,靜觸頭受到向下的霍姆斥力。
于是,當(dāng)電流流過(guò)觸頭時(shí),霍姆力試圖把動(dòng)靜觸頭組合給斥開(kāi)。
注意到觸頭的接觸電阻與觸頭壓力有關(guān):觸頭壓力越大,其接觸電阻就越小。
由此可知,斷路器必須對(duì)動(dòng)靜觸頭施加足夠的觸頭壓力,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的電接觸。
我們?cè)倏磮D3:圖3通過(guò)操作手柄,或者電動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)與合閘電磁鐵,使得原先處于打開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)靜觸頭組合閉合,閉合后用一組彈簧施加壓力在觸頭上,確保觸頭有足夠的接觸壓力。
第三個(gè)概念:脫扣器的用途及其類型
我們看圖4:
圖4中,我們看到連桿機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)并驅(qū)使觸頭閉合。讓觸頭保持閉合狀態(tài)的是一個(gè)叫做“扣”的機(jī)構(gòu),見(jiàn)右上方的連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)迫使觸頭保持接觸狀態(tài),并對(duì)觸頭施加觸頭壓力。
要解開(kāi)這個(gè)“扣”,就要讓下方的脫扣桿向上方作右旋運(yùn)動(dòng),然后解開(kāi)連桿機(jī)構(gòu)的“鎖扣”,使得觸頭打開(kāi)并解鎖。
能讓脫扣桿向上方運(yùn)動(dòng)的有四個(gè)脫扣器,分別是熱脫扣器、磁脫扣器、欠壓脫扣器和分勵(lì)脫扣器。
這四大基本脫扣器在不同的斷路器中有不同的配置,有的斷路器可能取消欠壓脫扣器或者分勵(lì)脫扣器,但一般都具有熱脫扣器和磁脫扣器,這也是上述斷路器被稱為熱磁式斷路器的原因。
(1)熱脫扣器
熱脫扣器其實(shí)是利用雙金屬片的原理。
所謂雙金屬片,它的一面是一種金屬例如銅,另一面是另外一種金屬例如鐵。金屬有一個(gè)特點(diǎn),就是金屬導(dǎo)電性能好,金屬的熱膨脹系數(shù)就高。于是,對(duì)于一面是銅而另一面是鐵的雙金屬片,它就會(huì)向鐵的一面彎曲,并推動(dòng)脫扣桿向上運(yùn)動(dòng),執(zhí)行脫扣跳閘操作。
雙金屬片上纏繞著電熱絲,電熱絲的電流是從主回路分流過(guò)來(lái)的,主回路電流越大,電熱絲的發(fā)熱量也就越大,雙金屬片的變形度也越大越快。
調(diào)節(jié)雙金屬片推塊與脫扣桿之間的距離,可以調(diào)整熱脫扣器的動(dòng)作值。
熱脫扣器一般用于斷路器的過(guò)載保護(hù)。
(2)磁脫扣器
磁脫扣器是利用電磁作用推動(dòng)脫扣桿運(yùn)動(dòng)。
圖6是某型號(hào)的塑殼斷路器的熱脫扣器和磁脫扣器聯(lián)合體:
由于改型斷路器的電流不大(額定電流為250A),因此它采用了將工作電流直接流過(guò)雙金屬片的辦法來(lái)執(zhí)行過(guò)載電流的測(cè)量,而且磁脫扣器的彈片也與熱脫扣器電流線裝在一起,利用電磁力使得彈簧片動(dòng)作,繼而通過(guò)脫扣器動(dòng)作頂桿調(diào)節(jié)螺絲使得操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫扣操作。
磁脫扣器用于斷路器的短路保護(hù)。
(3)欠壓脫扣
我們看下圖:
圖7中,左下角就是欠壓脫扣器。注意看欠壓脫扣器的線圈電壓:我們看到從B相引一條線,經(jīng)過(guò)常閉的欠壓脫扣按鈕和斷路器常閉輔助觸頭,接到欠壓脫扣器線圈。而線圈的另外一側(cè)則接到A相。所以欠壓脫扣器線圈電壓是380V的。
欠壓脫扣器線圈平時(shí)必須帶電。當(dāng)系統(tǒng)失壓或者按下欠壓脫扣按鈕后,線圈失壓,撞針在彈簧的拉力作用下彈出,使得脫扣桿向上運(yùn)動(dòng),從而引起脫扣,斷路器跳閘保護(hù)。
(4)分勵(lì)脫扣
當(dāng)分勵(lì)脫扣按鈕按下后,分勵(lì)脫扣器線圈得電,脫扣撞針彈出,使得脫扣桿向上運(yùn)動(dòng),從容讓斷路器跳閘。
分勵(lì)脫扣器專門(mén)用于外部控制斷路器開(kāi)斷跳閘。
(5)其它脫扣器
斷路器還有其它一些脫扣器,下圖是塑殼斷路器的其它脫扣器:
這里有單相接地故障保護(hù)脫扣,有溫保護(hù)和相不平衡保護(hù)脫扣。
框架斷路器的脫扣器還有過(guò)壓保護(hù)、逆功率保護(hù)、低頻和頻保護(hù)等等。
結(jié)要點(diǎn):
1.主觸頭通過(guò)電流后會(huì)有霍姆斥力,因此主觸頭需要配套觸頭壓力;
2.斷路器有四個(gè)基本脫扣器:熱脫扣器、磁脫扣器、欠壓脫扣器和分勵(lì)脫扣器。熱脫扣器用于過(guò)載保護(hù),磁脫扣器用于短路保護(hù),欠壓脫扣器用于失壓保護(hù),分勵(lì)脫扣器則用于遠(yuǎn)方操作斷路器跳閘。
斷路器的基本原理之3
1.斷路器的基本分類
斷路器,它分成三大類。
類,叫做框架斷路器,又叫做空氣絕緣斷路器。既然有了空氣Air這個(gè)詞,電流英文單詞是Circuit,而斷路器的英文單詞是Breaker,所以框架斷路器的符號(hào)是ACB。
第二類,叫做塑殼斷路器,它的符號(hào)是MCCB。
第三類是微型斷路器,它的符號(hào)是MCB。
ACB的額定電流范圍從1250A到6300A,額定電流范圍大;MCCB的額定電流范圍從10A到1600A,額定電流范圍居中;MCB的額定電流范圍從6A到63A,額定電流范圍小,但它卻是家裝用斷路器的主力軍。
不管是哪一類,斷路器內(nèi)部動(dòng)靜觸頭之間的絕緣,依靠的就是空氣,這也是微型斷路器MCB的俗稱是空氣開(kāi)關(guān)的原因。
既然斷路器內(nèi)部動(dòng)靜觸頭之間的絕緣依靠的是空氣,我們就有必要來(lái)探討一番空氣的擊穿特性,以及若干電弧的基本知識(shí)。
2.關(guān)于電弧
我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下電?。?/span>
這就是電弧,我們看到電弧就是一團(tuán)高溫氣體。在電弧內(nèi)部,溫度高達(dá)3000度以上,電子會(huì)從原子中逸出形成負(fù)離子,丟失了因此空氣分子全部變成等離子體,也即電子與正離子氣體的混合體。
3.斷路器的開(kāi)距
我們來(lái)看圖3:
圖3中是框架斷路器ACB,它正處于打開(kāi)狀態(tài)。我們把此時(shí)的動(dòng)觸頭與靜觸頭之間的短距離叫做開(kāi)距。
開(kāi)距的用途就是確保處于打開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)靜觸頭之間的空氣不會(huì)發(fā)生電擊穿。
4.空氣的擊穿電壓
圖4在知乎上已經(jīng)用了N遍。此處我們?cè)俅问褂靡环?/span>
圖4左圖中我們看到了一個(gè)電路,其中電極1和電極2分別是陽(yáng)極和陰極,它們與電池的正極和負(fù)極相連。當(dāng)電壓等于零時(shí),電路當(dāng)然不通,電極之間沒(méi)有電流流過(guò)。
我們調(diào)節(jié)可變電阻R,逐步增加電極之間的電壓,我們發(fā)現(xiàn)電極之間有電流流過(guò)。這是因?yàn)橛钪嫔渚€的原因。宇宙射線把空氣分子給擊穿,擊穿后的負(fù)離子(電子)運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極,而正離子則運(yùn)動(dòng)到陰極。由于地面的宇宙射線密度基本上是常數(shù),所以電極之間的電流不大。見(jiàn)圖4右圖的A點(diǎn)到B點(diǎn)波形。我們看到觸頭之間的電壓增加了不少,但電流卻是常數(shù)。
我們繼續(xù)調(diào)節(jié)可變電阻,電壓繼續(xù)增加。當(dāng)電壓越過(guò)B點(diǎn)后,空氣受到電場(chǎng)力的作用開(kāi)始出現(xiàn)部分電離,我們看到電流略微增加。當(dāng)電壓到達(dá)Uc點(diǎn)時(shí),空氣被擊穿。此時(shí)的電壓Uc就是擊穿電壓。
空氣被擊穿后,電極間隙中出現(xiàn)輝光,一種很美麗的光:
我們繼續(xù)調(diào)高電壓,我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)電壓開(kāi)始下降,電流持續(xù)增大,空氣電離后出現(xiàn)強(qiáng)光,我們相繼進(jìn)入了電弧擊穿區(qū)D區(qū)、E區(qū)和F區(qū)。
從C點(diǎn)往右,氣體擊穿后能夠自己維持,我們把這一段區(qū)間叫做自持放電區(qū);從C點(diǎn)往左,氣體擊穿后不能自己維持,這一段區(qū)間叫做非自持放電區(qū)。
非自持區(qū)段很有意思,它的擊穿電壓會(huì)受到空氣壓強(qiáng)的影響,壓強(qiáng)越低越容易擊穿;同時(shí),它還受到電極間隙的距離影響,距離越小越容易擊穿。所以,擊穿電壓Uc是氣體壓強(qiáng)p與電極間隙d之乘積的函數(shù)。表征空氣擊穿特性關(guān)系是巴申曲線,如下:
圖中的空氣擊穿電壓出現(xiàn)小值(約等于0.4kV),此值對(duì)應(yīng)的pd值為0.47cm.133Pa,也就是電極間隙為4.7mm,空氣壓強(qiáng)為133Pa。我們知道,1個(gè)大氣壓是101.325kPa,故此時(shí)的空氣壓強(qiáng)相當(dāng)于大氣壓的0.13%,相當(dāng)于真空了。
所以,當(dāng)我們?cè)诤F矫嫔习央姌O之間的距離調(diào)整到1cm,隨之往高處走,海拔越高擊穿電壓就越低。也因此,標(biāo)準(zhǔn)中把海拔2000m作為一個(gè)。過(guò)2000m,則電器必須考慮到空氣擊穿電壓降低這個(gè)因素。
注意:巴申曲線小值點(diǎn)的左側(cè)是真空區(qū)段,我們看到它的特點(diǎn)是氣壓越低,擊穿電壓越高。正好和空氣中的情況反過(guò)來(lái)了。利用這個(gè)特點(diǎn),人們?cè)O(shè)計(jì)了真空斷路器,并在高壓開(kāi)關(guān)中得到廣泛運(yùn)用。
5.斷路器在高海拔地區(qū)的降容
我們回頭再看圖3,我們發(fā)現(xiàn),若開(kāi)距是在海平面上定義的,那么當(dāng)海拔過(guò)2000米后,就要考慮增加開(kāi)距。然而斷路器產(chǎn)品定型后,開(kāi)距是不能增加的,因此只剩下一條路,就是降低斷路器的額定電流值和額定電壓值,或者說(shuō)降低容量。
我們來(lái)看ABB的Emax的樣本中是如何規(guī)定降容值的:
6.電弧的近陰極效應(yīng)和電弧熄滅原理
設(shè)斷路器原先處于閉合狀態(tài)并流過(guò)額定電流,當(dāng)斷路器打開(kāi)瞬間,它的動(dòng)靜觸頭之間會(huì)出現(xiàn)電弧。
由于斷路器剛剛才打開(kāi),交流電壓尚未發(fā)生極性轉(zhuǎn)換,故此時(shí)可以認(rèn)為電源是直流電壓。我們?cè)O(shè)左邊是陽(yáng)極右邊是陰極。見(jiàn)圖5:
我們看到,圖5的上圖中空氣被擊穿并產(chǎn)生出電弧。電弧中的電子向左邊的陽(yáng)極運(yùn)動(dòng),而正離子則向右邊的陰極運(yùn)動(dòng)。由于電子質(zhì)量輕而正離子質(zhì)量大,有部分正離子保留在陽(yáng)極附近。
當(dāng)交流電壓改換極性后,電弧熄滅,并且原先的陽(yáng)極變成陰極而原先的陰極變成陽(yáng)極,見(jiàn)圖5的下圖。
我們看到,在新陰極附近保存有許多正離子,它們阻止了新陰極的電子發(fā)射,從而具有抑制電弧重燃的功能。這種效應(yīng)叫做近陰極效應(yīng)。
近陰極效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間非常短暫,只有幾個(gè)微秒而已。但對(duì)于低壓開(kāi)關(guān)電器來(lái)說(shuō),卻十分重要,它對(duì)電弧起到限流作用。也因此,幾乎所有具有觸頭的低壓開(kāi)關(guān)電器,都具有一定的限流能力,其原因就是近陰極效應(yīng)。
當(dāng)然,斷路器僅僅依靠近陰極效應(yīng),是沒(méi)有辦法熄滅電弧的。它還要配備滅弧罩,才能有效地滅弧。
那么滅弧罩的原理是什么?我們看圖6:
圖6中,當(dāng)斷路器的動(dòng)靜觸頭中出現(xiàn)電弧后,畢竟電弧是帶電氣體,我們利用電磁推力,把電弧給吹進(jìn)滅弧罩間隔中。當(dāng)電弧進(jìn)入滅弧罩后,這多個(gè)間隔內(nèi)立刻就形成了等量的近陰極效應(yīng),再加上電弧氣體在金屬片上的降溫,后電弧熄滅。
7.有趣的電弧運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象
我們已經(jīng)知道,電極分為陽(yáng)極和陰極。我們來(lái)看看電弧在兩極上的運(yùn)動(dòng),見(jiàn)圖7:
圖7的左1圖,陽(yáng)極在下部的動(dòng)觸頭上,陰極在上部的靜觸頭上。當(dāng)斷路器開(kāi)斷后,我們看到陰極的電弧弧根很快地就越過(guò)觸頭與滅弧罩間的間隙,幾乎與陽(yáng)極電弧弧根一起同時(shí)進(jìn)入滅弧罩并被滅弧。
再看圖7的左2圖,陽(yáng)極在上圖的靜觸頭上,陰極在下部的動(dòng)觸頭上。當(dāng)斷路器開(kāi)斷后,我們看到陰極電弧不能跳躍,它必須等到動(dòng)觸頭到了下方接觸到滅弧罩后才能進(jìn)入滅弧罩。
再看左3圖,此時(shí)斷路器上部進(jìn)線,下部出線。由于動(dòng)觸頭在下,當(dāng)觸頭開(kāi)斷后,如果動(dòng)觸頭是陽(yáng)極,電弧自然很容易熄滅;如果動(dòng)觸頭是陰極,雖然滅弧難了一些,但由于動(dòng)觸頭是負(fù)載側(cè),它的電弧電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)弱很多,所以電弧也很容易熄滅。
再看右一張圖,它的進(jìn)線在下方,屬于倒送電。當(dāng)斷路器開(kāi)斷時(shí),若動(dòng)觸頭是陽(yáng)極,它很容易熄滅,但如果動(dòng)觸頭是陰極,再加上動(dòng)觸頭接在電源側(cè),電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng),所以電弧更難熄滅。
由此我們知道,如果斷路器反向送電,許多型號(hào)的斷路器必須降容。
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《你所不知道的電氣知識(shí)——電氣世界漫游》
斷路器的基本原理之1
當(dāng)插線板發(fā)生短路,短路電流流過(guò)故障插線板,流過(guò)電纜導(dǎo)線,當(dāng)然也流過(guò)開(kāi)關(guān)電器,并引起電氣火災(zāi)。緊急時(shí)刻,我們當(dāng)然期望某路開(kāi)關(guān)電器(斷路器)執(zhí)行保護(hù)跳閘。經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間后,某路開(kāi)關(guān)斷路器執(zhí)行跳閘保護(hù)。
但斷路器執(zhí)行完保護(hù)后,我們能把它合上繼續(xù)為我們供電嗎?這里面有什么學(xué)問(wèn)?
斷路器中流過(guò)正常的運(yùn)行電流時(shí),隨著時(shí)間的推移,斷路器中的保護(hù)測(cè)控裝置探測(cè)到的發(fā)熱量不大,未越過(guò)發(fā)熱量門(mén)限限制值,斷路器當(dāng)然不會(huì)執(zhí)行跳閘操作;當(dāng)斷路器中流過(guò)非正常的較大電流時(shí),斷路器中的保護(hù)測(cè)控裝置探測(cè)到的發(fā)熱量較大,越過(guò)了發(fā)熱量門(mén)限值,斷路器執(zhí)行跳閘操作。
這里的門(mén)限,指的是斷路器的保護(hù)整定值。
我們把斷路器中流過(guò)的非正常大電流叫做過(guò)電流。過(guò)電流包括過(guò)載電流和短路電流。
也就是說(shuō),過(guò)電流越大,斷路器動(dòng)作的時(shí)間就越短,它執(zhí)行線路保護(hù)就越快。這種特性有一個(gè)專有名詞,叫做斷路器的反時(shí)限保護(hù)特性。
現(xiàn)在,我們來(lái)一點(diǎn)數(shù)學(xué)知識(shí),看看什么叫做反時(shí)限特性。
我們來(lái)看Y=K/X和Y=K/X2這兩個(gè)冪函數(shù),這里令K=1,得到如下圖像:
我們馬上就能想到:如果讓縱坐標(biāo)Y為斷路器的動(dòng)作時(shí)間t,而橫坐標(biāo)X為斷路器額定電流的倍率nIe(n是倍率,Ie是斷路器的額定電流),我們就能夠讓斷路器按電流越大動(dòng)作時(shí)間越快的保護(hù)方式來(lái)執(zhí)行線路保護(hù)操作。
事實(shí)上,斷路器的保護(hù)操作就是按這個(gè)原則來(lái)進(jìn)行的。對(duì)應(yīng)的曲線叫做斷路器的反時(shí)限保護(hù)特性曲線。
這就是斷路器的線路保護(hù)特性曲線。我們看到過(guò)載保護(hù)特性t=f(I)與Y=f(1/X) 如此類似,其實(shí)它們就是同一類函數(shù)關(guān)系。
下圖是ABB的某型斷路器的熱磁式脫扣曲線:
圖中紅色的是熱態(tài)曲線,藍(lán)色的是冷態(tài)曲線。
有幾個(gè)地方需要解釋:
:關(guān)于斷路器特性曲線的冷態(tài)曲線和熱態(tài)曲線
冷態(tài)曲線指的是斷路器剛剛送電,斷路器內(nèi)部的溫度與環(huán)境溫度是一致的,此時(shí)的曲線在曲線簇的右側(cè);熱態(tài)曲線指的是斷路器送電后已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)的曲線在曲線簇的中間或者左側(cè)。
熱態(tài)曲線和冷態(tài)曲線在橫坐標(biāo)中的范圍,其實(shí)就是斷路器短路保護(hù)的范圍。例如B特性是4到7倍額定電流,C特性是7到15倍額定電流。
為何如此?我將在后面結(jié)合斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)解釋。
第二:關(guān)于斷路器特性曲線的B特性與C特性
B特性用于照明配電控制,C特性則用于普通配電的配電控制。
第三:關(guān)于斷路器的過(guò)載保護(hù)曲線和短路保護(hù)曲線
當(dāng)線路發(fā)生過(guò)載時(shí),也許是因?yàn)殡妷豪擞渴沟秒娏鲿簳r(shí)性變大,等電壓浪涌過(guò)去,電流就會(huì)恢復(fù)正常;也許是因?yàn)樨?fù)載瞬時(shí)變重,使得電流加大,但負(fù)載恢復(fù)后,電流也會(huì)恢復(fù)。如此一來(lái),斷路器的保護(hù)就需要有一定時(shí)間的延遲。
我們看過(guò)載保護(hù)曲線。例如B特性冷態(tài)曲線的橫坐標(biāo)為2倍額定電流即2Ie位置,此時(shí)的縱坐標(biāo)值為6秒,表示斷路器將在5秒后執(zhí)行過(guò)載保護(hù)跳閘。這里的6秒就是保護(hù)時(shí)延(注意:時(shí)延指的是保護(hù)操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間延遲)特性。
當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí),這屬于緊急狀態(tài),斷路器必須馬上跳閘。
我們看B特性冷態(tài)曲線橫坐標(biāo)為4Ie的位置,它的動(dòng)作時(shí)間為0.02s,而5Ie的位置動(dòng)作時(shí)間是0.01s。
我們看到,在4Ie和5Ie之間曲線還有一點(diǎn)反時(shí)限特性,但在5Ie之后就完全沒(méi)有反時(shí)限特性了。
我們把5Ie之后的特性曲線叫做定時(shí)限保護(hù)特性曲線,所有短路保護(hù)的時(shí)間都是0.01s;把4Ie到5Ie的這一段叫做短路短延時(shí)保護(hù)特性曲線。
短路短延時(shí)保護(hù)特性的目的與過(guò)載保護(hù)特性類似,期望短路是一個(gè)短暫的臨時(shí)現(xiàn)象,如果短路在0.01秒時(shí)間內(nèi)消失,則斷路器就不做開(kāi)斷操作。
結(jié)一下我們學(xué)到的知識(shí):
1.斷路器內(nèi)部的保護(hù)測(cè)控裝置能實(shí)現(xiàn)過(guò)電流的線路保護(hù);
2.斷路器的過(guò)載保護(hù)具有反時(shí)限保護(hù)特性;
3.斷路器的短路保護(hù)分為兩段,其一具有反時(shí)限的短路短延時(shí)保護(hù)特性,其二具有定時(shí)限保護(hù)特性。
斷路器的基本原理之2
接下來(lái)我們講講斷路器的結(jié)構(gòu)。看圖1:
圖1就是熱磁式斷路器的結(jié)構(gòu)圖。圖中右側(cè)的文字說(shuō)明告訴我們,斷路器有三大部件,分別是觸頭及滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和脫扣器及控制單元。
現(xiàn)在,我來(lái)給大家解析圖1的要點(diǎn)部分:
個(gè)概念:觸頭系統(tǒng)
我們看圖2:
看得出來(lái),圖2就是圖1的觸頭系統(tǒng)。
從圖2中,我們看到了A相、B相和C相主觸頭,并且已經(jīng)閉合了。注意到三組觸頭都是單觸頭系統(tǒng)。
要說(shuō)明一下:斷路器的觸頭分為主回路系統(tǒng)和輔助回路系統(tǒng)兩組。
所謂主回路,指的是控制電能傳遞的回路,它的特點(diǎn)是電流很大,按斷路器的規(guī)格和型號(hào)不同,主回路的電流在10A到6300A之間。見(jiàn)圖中黃色的部分;
所謂輔助回路,指的是執(zhí)行控制和信號(hào)傳遞的回路,它的特點(diǎn)是電流較小,一般在5A以下。見(jiàn)圖2的左側(cè)。因此,輔助回路不配滅弧裝置,而主回路必須配滅弧裝置。輔助回路接觸點(diǎn)的一般叫做觸點(diǎn),與普通繼電器相同。
第二個(gè)概念:觸頭的霍姆斥力和觸頭壓力
我們看圖3:
圖3的左側(cè)是動(dòng)靜觸頭系統(tǒng),我們能看到其中的電流線。注意由于觸頭的結(jié)構(gòu)所致,觸頭接觸處其實(shí)是一個(gè)點(diǎn),因此電流線會(huì)向中間傾斜。
圖3的中間是靜觸頭右側(cè)電流線I1X產(chǎn)生的磁力線分布。我們用右手螺旋定則,很容易判斷出它的左側(cè)磁力線是離開(kāi)紙面出來(lái),右側(cè)是進(jìn)入紙面。于是動(dòng)觸頭電流線I1s整個(gè)處于進(jìn)入紙面的磁力線范圍之內(nèi)。
圖3的右圖是動(dòng)觸頭電流線I1s的電動(dòng)力分析圖。我們由左手定則判斷出它受到的電動(dòng)力是F,并且F的方向與電流線I1s垂直指向左上角。我們把F分解為水平分力Fx和向上的分力Fy。由于水平分力受到觸頭左側(cè)的對(duì)稱分布電流線產(chǎn)生的右向水平分力抵消,所以觸頭不存在誰(shuí)方向的作用力。然而,向上的諸電動(dòng)力卻被疊加,對(duì)動(dòng)觸頭形成向上的斥力Fh。Fh斥力又叫做霍姆斥力。同理,靜觸頭受到向下的霍姆斥力。
于是,當(dāng)電流流過(guò)觸頭時(shí),霍姆力試圖把動(dòng)靜觸頭組合給斥開(kāi)。
注意到觸頭的接觸電阻與觸頭壓力有關(guān):觸頭壓力越大,其接觸電阻就越小。
由此可知,斷路器必須對(duì)動(dòng)靜觸頭施加足夠的觸頭壓力,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的電接觸。
我們?cè)倏磮D3:圖3通過(guò)操作手柄,或者電動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)與合閘電磁鐵,使得原先處于打開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)靜觸頭組合閉合,閉合后用一組彈簧施加壓力在觸頭上,確保觸頭有足夠的接觸壓力。
第三個(gè)概念:脫扣器的用途及其類型
我們看圖4:
圖4中,我們看到連桿機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)并驅(qū)使觸頭閉合。讓觸頭保持閉合狀態(tài)的是一個(gè)叫做“扣”的機(jī)構(gòu),見(jiàn)右上方的連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)迫使觸頭保持接觸狀態(tài),并對(duì)觸頭施加觸頭壓力。
要解開(kāi)這個(gè)“扣”,就要讓下方的脫扣桿向上方作右旋運(yùn)動(dòng),然后解開(kāi)連桿機(jī)構(gòu)的“鎖扣”,使得觸頭打開(kāi)并解鎖。
能讓脫扣桿向上方運(yùn)動(dòng)的有四個(gè)脫扣器,分別是熱脫扣器、磁脫扣器、欠壓脫扣器和分勵(lì)脫扣器。
這四大基本脫扣器在不同的斷路器中有不同的配置,有的斷路器可能取消欠壓脫扣器或者分勵(lì)脫扣器,但一般都具有熱脫扣器和磁脫扣器,這也是上述斷路器被稱為熱磁式斷路器的原因。
(1)熱脫扣器
熱脫扣器其實(shí)是利用雙金屬片的原理。
所謂雙金屬片,它的一面是一種金屬例如銅,另一面是另外一種金屬例如鐵。金屬有一個(gè)特點(diǎn),就是金屬導(dǎo)電性能好,金屬的熱膨脹系數(shù)就高。于是,對(duì)于一面是銅而另一面是鐵的雙金屬片,它就會(huì)向鐵的一面彎曲,并推動(dòng)脫扣桿向上運(yùn)動(dòng),執(zhí)行脫扣跳閘操作。
雙金屬片上纏繞著電熱絲,電熱絲的電流是從主回路分流過(guò)來(lái)的,主回路電流越大,電熱絲的發(fā)熱量也就越大,雙金屬片的變形度也越大越快。
調(diào)節(jié)雙金屬片推塊與脫扣桿之間的距離,可以調(diào)整熱脫扣器的動(dòng)作值。
熱脫扣器一般用于斷路器的過(guò)載保護(hù)。
(2)磁脫扣器
磁脫扣器是利用電磁作用推動(dòng)脫扣桿運(yùn)動(dòng)。
圖6是某型號(hào)的塑殼斷路器的熱脫扣器和磁脫扣器聯(lián)合體:
由于改型斷路器的電流不大(額定電流為250A),因此它采用了將工作電流直接流過(guò)雙金屬片的辦法來(lái)執(zhí)行過(guò)載電流的測(cè)量,而且磁脫扣器的彈片也與熱脫扣器電流線裝在一起,利用電磁力使得彈簧片動(dòng)作,繼而通過(guò)脫扣器動(dòng)作頂桿調(diào)節(jié)螺絲使得操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫扣操作。
磁脫扣器用于斷路器的短路保護(hù)。
(3)欠壓脫扣
我們看下圖:
圖7中,左下角就是欠壓脫扣器。注意看欠壓脫扣器的線圈電壓:我們看到從B相引一條線,經(jīng)過(guò)常閉的欠壓脫扣按鈕和斷路器常閉輔助觸頭,接到欠壓脫扣器線圈。而線圈的另外一側(cè)則接到A相。所以欠壓脫扣器線圈電壓是380V的。
欠壓脫扣器線圈平時(shí)必須帶電。當(dāng)系統(tǒng)失壓或者按下欠壓脫扣按鈕后,線圈失壓,撞針在彈簧的拉力作用下彈出,使得脫扣桿向上運(yùn)動(dòng),從而引起脫扣,斷路器跳閘保護(hù)。
(4)分勵(lì)脫扣
我們看下圖:
當(dāng)分勵(lì)脫扣按鈕按下后,分勵(lì)脫扣器線圈得電,脫扣撞針彈出,使得脫扣桿向上運(yùn)動(dòng),從容讓斷路器跳閘。
分勵(lì)脫扣器專門(mén)用于外部控制斷路器開(kāi)斷跳閘。
(5)其它脫扣器
斷路器還有其它一些脫扣器,下圖是塑殼斷路器的其它脫扣器:
這里有單相接地故障保護(hù)脫扣,有溫保護(hù)和相不平衡保護(hù)脫扣。
框架斷路器的脫扣器還有過(guò)壓保護(hù)、逆功率保護(hù)、低頻和頻保護(hù)等等。
結(jié)要點(diǎn):
1.主觸頭通過(guò)電流后會(huì)有霍姆斥力,因此主觸頭需要配套觸頭壓力;
2.斷路器有四個(gè)基本脫扣器:熱脫扣器、磁脫扣器、欠壓脫扣器和分勵(lì)脫扣器。熱脫扣器用于過(guò)載保護(hù),磁脫扣器用于短路保護(hù),欠壓脫扣器用于失壓保護(hù),分勵(lì)脫扣器則用于遠(yuǎn)方操作斷路器跳閘。
斷路器的基本原理之3
1.斷路器的基本分類
斷路器,它分成三大類。
類,叫做框架斷路器,又叫做空氣絕緣斷路器。既然有了空氣Air這個(gè)詞,電流英文單詞是Circuit,而斷路器的英文單詞是Breaker,所以框架斷路器的符號(hào)是ACB。
第二類,叫做塑殼斷路器,它的符號(hào)是MCCB。
第三類是微型斷路器,它的符號(hào)是MCB。
ACB的額定電流范圍從1250A到6300A,額定電流范圍大;MCCB的額定電流范圍從10A到1600A,額定電流范圍居中;MCB的額定電流范圍從6A到63A,額定電流范圍小,但它卻是家裝用斷路器的主力軍。
不管是哪一類,斷路器內(nèi)部動(dòng)靜觸頭之間的絕緣,依靠的就是空氣,這也是微型斷路器MCB的俗稱是空氣開(kāi)關(guān)的原因。
既然斷路器內(nèi)部動(dòng)靜觸頭之間的絕緣依靠的是空氣,我們就有必要來(lái)探討一番空氣的擊穿特性,以及若干電弧的基本知識(shí)。
2.關(guān)于電弧
我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下電?。?/span>
這就是電弧,我們看到電弧就是一團(tuán)高溫氣體。在電弧內(nèi)部,溫度高達(dá)3000度以上,電子會(huì)從原子中逸出形成負(fù)離子,丟失了因此空氣分子全部變成等離子體,也即電子與正離子氣體的混合體。
3.斷路器的開(kāi)距
我們來(lái)看圖3:
圖3中是框架斷路器ACB,它正處于打開(kāi)狀態(tài)。我們把此時(shí)的動(dòng)觸頭與靜觸頭之間的短距離叫做開(kāi)距。
開(kāi)距的用途就是確保處于打開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)靜觸頭之間的空氣不會(huì)發(fā)生電擊穿。
4.空氣的擊穿電壓
我們看圖4:
圖4在知乎上已經(jīng)用了N遍。此處我們?cè)俅问褂靡环?/span>
圖4左圖中我們看到了一個(gè)電路,其中電極1和電極2分別是陽(yáng)極和陰極,它們與電池的正極和負(fù)極相連。當(dāng)電壓等于零時(shí),電路當(dāng)然不通,電極之間沒(méi)有電流流過(guò)。
我們調(diào)節(jié)可變電阻R,逐步增加電極之間的電壓,我們發(fā)現(xiàn)電極之間有電流流過(guò)。這是因?yàn)橛钪嫔渚€的原因。宇宙射線把空氣分子給擊穿,擊穿后的負(fù)離子(電子)運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極,而正離子則運(yùn)動(dòng)到陰極。由于地面的宇宙射線密度基本上是常數(shù),所以電極之間的電流不大。見(jiàn)圖4右圖的A點(diǎn)到B點(diǎn)波形。我們看到觸頭之間的電壓增加了不少,但電流卻是常數(shù)。
我們繼續(xù)調(diào)節(jié)可變電阻,電壓繼續(xù)增加。當(dāng)電壓越過(guò)B點(diǎn)后,空氣受到電場(chǎng)力的作用開(kāi)始出現(xiàn)部分電離,我們看到電流略微增加。當(dāng)電壓到達(dá)Uc點(diǎn)時(shí),空氣被擊穿。此時(shí)的電壓Uc就是擊穿電壓。
空氣被擊穿后,電極間隙中出現(xiàn)輝光,一種很美麗的光:
我們繼續(xù)調(diào)高電壓,我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)電壓開(kāi)始下降,電流持續(xù)增大,空氣電離后出現(xiàn)強(qiáng)光,我們相繼進(jìn)入了電弧擊穿區(qū)D區(qū)、E區(qū)和F區(qū)。
從C點(diǎn)往右,氣體擊穿后能夠自己維持,我們把這一段區(qū)間叫做自持放電區(qū);從C點(diǎn)往左,氣體擊穿后不能自己維持,這一段區(qū)間叫做非自持放電區(qū)。
非自持區(qū)段很有意思,它的擊穿電壓會(huì)受到空氣壓強(qiáng)的影響,壓強(qiáng)越低越容易擊穿;同時(shí),它還受到電極間隙的距離影響,距離越小越容易擊穿。所以,擊穿電壓Uc是氣體壓強(qiáng)p與電極間隙d之乘積的函數(shù)。表征空氣擊穿特性關(guān)系是巴申曲線,如下:
圖中的空氣擊穿電壓出現(xiàn)小值(約等于0.4kV),此值對(duì)應(yīng)的pd值為0.47cm.133Pa,也就是電極間隙為4.7mm,空氣壓強(qiáng)為133Pa。我們知道,1個(gè)大氣壓是101.325kPa,故此時(shí)的空氣壓強(qiáng)相當(dāng)于大氣壓的0.13%,相當(dāng)于真空了。
所以,當(dāng)我們?cè)诤F矫嫔习央姌O之間的距離調(diào)整到1cm,隨之往高處走,海拔越高擊穿電壓就越低。也因此,標(biāo)準(zhǔn)中把海拔2000m作為一個(gè)。過(guò)2000m,則電器必須考慮到空氣擊穿電壓降低這個(gè)因素。
注意:巴申曲線小值點(diǎn)的左側(cè)是真空區(qū)段,我們看到它的特點(diǎn)是氣壓越低,擊穿電壓越高。正好和空氣中的情況反過(guò)來(lái)了。利用這個(gè)特點(diǎn),人們?cè)O(shè)計(jì)了真空斷路器,并在高壓開(kāi)關(guān)中得到廣泛運(yùn)用。
5.斷路器在高海拔地區(qū)的降容
我們回頭再看圖3,我們發(fā)現(xiàn),若開(kāi)距是在海平面上定義的,那么當(dāng)海拔過(guò)2000米后,就要考慮增加開(kāi)距。然而斷路器產(chǎn)品定型后,開(kāi)距是不能增加的,因此只剩下一條路,就是降低斷路器的額定電流值和額定電壓值,或者說(shuō)降低容量。
我們來(lái)看ABB的Emax的樣本中是如何規(guī)定降容值的:
6.電弧的近陰極效應(yīng)和電弧熄滅原理
設(shè)斷路器原先處于閉合狀態(tài)并流過(guò)額定電流,當(dāng)斷路器打開(kāi)瞬間,它的動(dòng)靜觸頭之間會(huì)出現(xiàn)電弧。
由于斷路器剛剛才打開(kāi),交流電壓尚未發(fā)生極性轉(zhuǎn)換,故此時(shí)可以認(rèn)為電源是直流電壓。我們?cè)O(shè)左邊是陽(yáng)極右邊是陰極。見(jiàn)圖5:
我們看到,圖5的上圖中空氣被擊穿并產(chǎn)生出電弧。電弧中的電子向左邊的陽(yáng)極運(yùn)動(dòng),而正離子則向右邊的陰極運(yùn)動(dòng)。由于電子質(zhì)量輕而正離子質(zhì)量大,有部分正離子保留在陽(yáng)極附近。
當(dāng)交流電壓改換極性后,電弧熄滅,并且原先的陽(yáng)極變成陰極而原先的陰極變成陽(yáng)極,見(jiàn)圖5的下圖。
我們看到,在新陰極附近保存有許多正離子,它們阻止了新陰極的電子發(fā)射,從而具有抑制電弧重燃的功能。這種效應(yīng)叫做近陰極效應(yīng)。
近陰極效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間非常短暫,只有幾個(gè)微秒而已。但對(duì)于低壓開(kāi)關(guān)電器來(lái)說(shuō),卻十分重要,它對(duì)電弧起到限流作用。也因此,幾乎所有具有觸頭的低壓開(kāi)關(guān)電器,都具有一定的限流能力,其原因就是近陰極效應(yīng)。
當(dāng)然,斷路器僅僅依靠近陰極效應(yīng),是沒(méi)有辦法熄滅電弧的。它還要配備滅弧罩,才能有效地滅弧。
那么滅弧罩的原理是什么?我們看圖6:
圖6中,當(dāng)斷路器的動(dòng)靜觸頭中出現(xiàn)電弧后,畢竟電弧是帶電氣體,我們利用電磁推力,把電弧給吹進(jìn)滅弧罩間隔中。當(dāng)電弧進(jìn)入滅弧罩后,這多個(gè)間隔內(nèi)立刻就形成了等量的近陰極效應(yīng),再加上電弧氣體在金屬片上的降溫,后電弧熄滅。
7.有趣的電弧運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象
我們已經(jīng)知道,電極分為陽(yáng)極和陰極。我們來(lái)看看電弧在兩極上的運(yùn)動(dòng),見(jiàn)圖7:
圖7的左1圖,陽(yáng)極在下部的動(dòng)觸頭上,陰極在上部的靜觸頭上。當(dāng)斷路器開(kāi)斷后,我們看到陰極的電弧弧根很快地就越過(guò)觸頭與滅弧罩間的間隙,幾乎與陽(yáng)極電弧弧根一起同時(shí)進(jìn)入滅弧罩并被滅弧。
再看圖7的左2圖,陽(yáng)極在上圖的靜觸頭上,陰極在下部的動(dòng)觸頭上。當(dāng)斷路器開(kāi)斷后,我們看到陰極電弧不能跳躍,它必須等到動(dòng)觸頭到了下方接觸到滅弧罩后才能進(jìn)入滅弧罩。
再看左3圖,此時(shí)斷路器上部進(jìn)線,下部出線。由于動(dòng)觸頭在下,當(dāng)觸頭開(kāi)斷后,如果動(dòng)觸頭是陽(yáng)極,電弧自然很容易熄滅;如果動(dòng)觸頭是陰極,雖然滅弧難了一些,但由于動(dòng)觸頭是負(fù)載側(cè),它的電弧電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)弱很多,所以電弧也很容易熄滅。
再看右一張圖,它的進(jìn)線在下方,屬于倒送電。當(dāng)斷路器開(kāi)斷時(shí),若動(dòng)觸頭是陽(yáng)極,它很容易熄滅,但如果動(dòng)觸頭是陰極,再加上動(dòng)觸頭接在電源側(cè),電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng),所以電弧更難熄滅。
由此我們知道,如果斷路器反向送電,許多型號(hào)的斷路器必須降容。